提升管与流化床耦合反应器内固含率的轴向分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺，结合提升管与流化床的特点，建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置。在不同操作条件下，采用多点压力密度仪测定了提升管内轴向压力梯度及截面平均固含率沿轴向的分布规律。结果表明，提升管内固含率的轴向分布呈上下两端大、中间小的C型分布特征，颗粒在提升管内沿轴向的运动可分为颗粒加速区、充分发展区和颗粒约束返混区；提升管内截面平均固含率随颗粒循环强度的增大而增大，随表观气速的增大而减小，提升管出口的流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区固含率有影响，而对颗粒约束返混区长度及颗粒约束返混区以下区域固含率影响较小。利用实验数据回归出了提升管内截面平均固含率的轴向分布及颗粒约束返混区最大颗粒返混比的经验模型，其计算值与实验值吻合较好。     

变径提升管内颗粒流动特性的研究

采用提升管冷模实验装置,对40mm/20mm和24mm/12mm两种变径提升管和一种20mm单一直径提升管内的颗粒流动特性进行实验。考察了颗粒循环速率(Gs)和气速对变径提升管平均固含率(εs)和截面平均颗粒速度(Up)的影响。实验结果表明,采用变径提升管可改变固含率(εs)和Up分布;40mm/20mm变径提升管扩径段εs保持在0.1～0.3之间;提高Gs或降低气速,截面径向各点的εs都增大。提高Gs会导致Up增大。增大气速对扩径段Up的影响不明显,但会明显提高缩径段的Up。40mm/20mm提升管扩径段εs达到0.20以上,比24mm/12mm提升管扩径段的εs提高30%。相同气速和Gs下,40mm/20mm提升管扩径段底部的εs达到0.25,是20mm提升管的2～3倍。     

组合约束型出口提升管系统压力分布及压力平衡分析

在一套冷态的组合约束型出口提升管装置上,对提升管压降及系统压力分布进行了实验研究,通过推动力与阻力分析建立了系统压力平衡方程。结果表明,提升管压降轴向呈两端大中间小的C型分布特征,对应轴向由下至上可分为加速区、充分发展区和约束区。系统压力平衡主要受上部床层内颗粒静床高度、莲蓬头式分布器下方床层密相高度、循环管总高度及循环管中密相与稀相高度比值、蝶阀压降、提升管压降及莲蓬头式分布器压降等的影响,通过调节蝶阀压降可以实现组合约束型出口提升管在较宽范围内的操作。     

耦合流化床反应器提升管段颗粒速度及滑落的研究

在不同操作条件下，采用PV-4A型颗粒速度、密度测定仪测量了提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置提升管内速度沿轴向、径向的分布。结果表明，在耦合流化床反应器提升管段，当表观气速一定时，颗粒的时均速度随循环强度的增加而减小；当循环强度相近时，在床层任何轴向、径向位置的颗粒时均速度都随着表观气速的增大而增大。由于提升管出口流化床层及分布器的存在，提升管内轴向速度呈现先增加后减小的分布特征。利用实验数据回归的提升管内颗粒滑落系数的经验模型计算值与实验值吻合较好     

16m高提升管中FCC颗粒固含率的研究

研究了 16m高循环床提升管中FCC颗粒固含率及其轴向分布 ,并与相同条件下 6m高提升管中固含率及其轴向分布进行了对比分析。结果表明 ,提升管高度对固含率及其轴向分布具有显著影响。提升管高度增加 ,提升管各高度截面上的平均固含率减小 ,其轴向分布也更加均匀。提升管下部浓相段和上部稀相段的固含率随操作条件的变化规律明显不同。在提升管稀相段截面上 ,固含率随颗粒循环量的提高呈线性增加 ,随表观气速的增加平缓下降 ;但在提升管浓相段 ,由于颗粒间相互作用较强 ,固含率随操作条件的变化更为显著。     

催化裂化提升管中的流动结构及气固接触效率

在循环流化床冷模实验装置上对催化裂化提升管中的流动结构及气固接触效率进行详细研究,根据气体和颗粒的分布情况,定义相对气固接触效率(RCE)和截面平均气固接触效率(CCE)。研究结果表明:提升管中存在不均匀的轴、径向流动结构,不利于催化裂化反应;催化裂化提升管在边壁区的相对气固接触效率较高, 截面平均气固接触效率随着提升管高度的增加而快速减小。     

提升管反应器不同喷嘴角度的气固流动特性研究

在大型循环流化床冷态模拟试验装置上对喷嘴与提升管竖直方向的不同夹角进行了考察。对3种不同夹角结构下的颗粒浓度轴径向分布、瞬时颗粒浓度信号以及概率密度进行了分析研究，结果表明：在预提升段和输送段3种结构并无明显差别，颗粒浓度以及瞬时信号波动的差别主要集中在喷嘴上方附近区域；相比于传统等径提升管而言，变径提升管内床层固含率增加，颗粒浓度分布更加均匀，颗粒浓度梯度减小，有利于气固两相的混合与接触；在变径提升管内，随着喷嘴角度的增大，气体在整个截面上的扩散速度增加，径向分布更加均匀，气固分离现象得到了有效抑制，气固湍动剧烈，接触效率较高。     

催化裂化提升管内气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型及颗粒动力学理论对Y型提升管内的气固两相流动进行了三维数值模拟研究。分析了提升管内的气固流动特征,比较了不同表观气速和不同颗粒循环量下提升管内的运动特性。研究结果表明,提升管内存在典型的非均匀流动特点,固含率轴向分布为单调递减分布,径向分布为典型的环核流动结构,表观气速和颗粒循环量对提升管内的流动有重要影响。     

FCC环管进料喷嘴对提升管中气固流动结构的影响

在循环流化床冷模实验装置上对安装2种环管喷嘴提升管的气固流动结构进行研究,根据气体和颗粒的分布情况,计算了使用2种喷嘴情况下的提升管相对气固接触效率(RCE)和截面平均气固接触效率(CCE),并进行了比较。结果表明:使用喷嘴B时,提升管的颗粒浓度、气固接触效率均优于使用喷嘴A时,但随着提升管高度的增加,使用2种喷嘴时的情况趋于一致。     

抗滑落提升管反应器流体力学性能的研究

针对传统提升管内固体催化剂颗粒的轴向返混现象 ,提出了一种抗滑落提升管反应器的结构形式 ,试验测量了提升管反应器气固两相流动特性、空隙率分布及固体颗粒速度径向分布。结果表明 ,抗滑落提升管反应器结构具有一定减弱固体催化剂轴向滑落的效果 ,抗滑落提升管预提升段固体颗粒浓度呈中心浓边壁稀分布 ,且催化剂颗粒速度径向分布较平缓 ,中心区域与边壁区速度之比约为 2～ 3倍。     

基于格子Boltzmann方法颗粒团聚物曳力系数的数值模拟及应用研究

应用气固两相流动的格子Boltzmann-离散颗粒运动模型,气体流动采用格子Boltzmann方法的D2Q9模型,固体颗粒运动采用牛顿第二运动定律计算,壁面采用具有二阶计算精度的半步长反弹边界条件,数值模拟了循环流化床提升管内颗粒团聚物的运动过程。模拟结果表明,颗粒团聚物的气固相间曳力系数随颗粒团聚物的空隙率和雷诺数的增大而减小;拟合得到基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型;采用基于格子Boltzmann方法的气固相间曳力模型的欧拉-欧拉双流体模型模拟循环流化床提升管内颗粒相密度和颗粒质量流量径向分布,模拟结果与实验结果很接近。     

多流型新型提升管冷模实验研究

在高8.1 m、扩径段直径120 mm和等径段直径50 mm的提升管冷模实验装置上对一种底部变径结构和设置有内部导流筒的新型提升管进行了研究,考察了操作条件对其轴向和径向固含率与颗粒速度的影响,以及导流筒及环隙内的固含率和颗粒速度的分布。结果表明,与传统提升管相比,该新型提升管内可同时存在多种流型,提升管底部扩径段内为径向较为均匀的密相床,上部等径段为稀相床;导流筒的存在对从斜管下来的固体颗粒产生重新分配的作用;导流筒和环隙内存在较大的固含率和颗粒速度差;由于导流筒的抽吸作用,在提升管底部扩径段内,管中心处催化剂颗粒向上运动,边壁处催化剂颗粒向下运动。     

Modeling of gas-solid flow in a CFB riser based on computational particle fluid dynamics

A three-dimensional model for gas-solid flow in a circulating fluidized bed(CFB) riser was developed based on computational particle fluid dynamics(CPFD).The model was used to simulate the gas-solid flow behavior inside a circulating fluidized bed riser operating at various superficial gas velocities and solids mass fluxes in two fluidization regimes,a dilute phase transport(DPT) regime and a fast fluidization(FF) regime.The simulation results were evaluated based on comparison with experimental data of solids velocity and holdup,obtained from non-invasive automated radioactive particle tracking and gamma-ray tomography techniques,respectively.The agreement of the predicted solids velocity and holdup with experimental data validated the CPFD model for the CFB riser.The model predicted the main features of the gas-solid flows in the two regimes;the uniform dilute phase in the DPT regime,and the coexistence of the dilute phase in the upper region and the dense phase in the lower region in the FF regime.The clustering and solids back mixing in the FF regime were stronger than those in the DPT regime.     

逆流变径耦合催化裂化提升管进料段内固含率及颗粒速度的径向分布

优化现有的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段结构,将进料喷嘴倾斜向下与内径变化相耦合。通过大型冷模实验装置,考察了在逆流变径耦合催化裂化提升管进料段不同轴向高度,固含率和颗粒速度的径向分布及操作条件对其产生的影响,并分别与前人所用的同径结构内的分布结果进行比较。结果表明,与对应的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段同径结构相比,变径结构进料段内,射流控制区域范围约缩短45.2%,且变径结构进料段内局部固含率分布更加均匀,有利于油、剂两相均匀混合。在实验操作范围内,提高预提升气速和适当提高进料喷嘴气速可使催化剂颗粒在径向分布更加均匀。     

组合流化床燃烧器烧焦管内固含率的径向分布研究

在组合流化床燃烧器的冷态实验装置上,以空气一石英砂颗粒为流化介质体系,在烧焦管内表观气速（u。）为3．156～5．989m／s,颗粒循环强度（G8）为40．8～229．4kg／（m2·s）的条件下,采用光纤颗粒浓度测量仪对烧焦管内床层径向局部位置的固含率（ε8）进行了测定。结果表明,烧焦管内ε8沿床层径向呈中心稀边壁浓的环一核形分布形态,呈现出非均一的相结构;ε8随ug的升高而减小,且随Gs的升高而增大,这种影响规律在烧焦管的边壁区比中心区更为显著。根据实验数据关联出截面平均固含率不变条件下的径向局部ε8的计算式,所得计算值与实验值基本吻合。     

催化裂化提升管反应器喷嘴进料混合段新结构及其流场研究

针对催化裂化提升管反应器喷嘴进料混合段催化剂颗粒不均匀分布的现象，提出了一种新型结构的进料混合段，并在内径为186mm，高14m的大型提升管冷模装置上测量了在这种结构中的颗粒速度及空隙率径向分布的特征，并同传统进料混合结构进行了对比。实验结果表明，采用这种结构时颗粒速度径向分布较平缓；固体颗粒浓度分布虽仍呈现中心稀、边壁浓的环核结构，但环核之间的浓度梯度减小，浓环的范围也减小很多，颗粒相的流场得到了较大改善。     

基于MECST气固相间曳力模型的气体-颗粒团聚物流动特性的数值研究

由颗粒非均匀流动结构中各个尺度内能量守恒的角度出发,建立了气固两相流系统的整体和局部参数与气固相间曳力的相互关系,提出了基于颗粒悬浮输送能量最小(MECST)气固相间曳力模型;并将其应用于欧拉-欧拉双流体模型中,数值模拟循环流化床提升管内气体-颗粒-颗粒团聚物的流动特性。考察了时均颗粒相密度和颗粒质量流率沿径向的分布;颗粒浓度、提升管压降沿轴向的分布以及颗粒团聚物在提升管内的分布特性。模拟结果表明,颗粒相密度、颗粒质量流率以及提升管压降与实验结果相吻合;与能量最小多尺度气固相间曳力模型的颗粒浓度和颗粒拟温度的结果相比,MECST气固相间曳力模型得到的颗粒浓度较低,从而使颗粒拟温度减小。     

Numerical Simulation of Particle Concentration in a Gas Cyclone Separator

The particle concentration inside a cyclone separator at different operation parameters was simulated with the FLUENT software. The Advanced Reynolds Stress Model (ARSM) was used in gas phase turbulence modeling. Stochastic Particle Tracking Model (SPTM) and the Particle-Source-In-Cell (PSIC) method were adopted for particles computing. The interaction between particles and the gas phase was also taken into account. The numerical simulation results were in agreement with the experimental data. The simulation revealed that an unsteady spiral dust strand appeared near the cyclone wall and a non-axi-symmetrical dust ring appeared in the annular space and under the cover plate of the cyclone. There were two regions in the radial particle concentration distribution, in which particle concentration was low in the inner region (r/R≤0.75) and increased greatly in the outer region (r/R>0.75). Large particles generally had higher concentration in the near-wall region and small particles had higher concentration in the inner swirling flow region. The axial distribution of particle concentration in the inner swirling flow (r/R≤0.3) region showed that there existed serious fine particle entrainment within the height of 0.5D above the dust discharge port and a short-cut flow at a distance of about 0.25D below the entrance of the vortex finder. The dimensionless concentration in the high-concentration region increased obviously in the upper part of the cyclone separation space when inlet particle loading was large. With increasing gas temperature, the particle separation ability of the cyclone was obviously weakened.     

Severe Slugging in a Free-Standing Riser

A series of experiments on air/water two-phase flow in a flowline riser have been performed. The riser has a free-standing form (7 m high) with the flowline of a 2° downward inclination toward the riser-base. Severe slugging flows are described in the free-standing riser (FSR). Then, experimental pressure comparison between the FSR and L-shaped riser is presented, and three differences are analyzed. Finally, the behavior of severe slugging flow in the FSR was simulated with OLGA software. In conclusion, it is difficult to do the theoretical simulation of severe slugging in a FSR.